[發(fā)明專利]一種基于GPS+BDS PPP/IMU緊組合的列車定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110557425.2
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113203414B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜維;劉夢楊;蔡伯根;王劍;上官偉;劉江;陸德彪;柴琳果
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/33;G01S19/47;G01S19/50
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

1.一種基于GPS+BDS?PPP/IMU緊組合的列車定位方法，其特征在于，包括：

在列車運(yùn)行過程中，從列車接收機(jī)獲取衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，從國際GNSS服務(wù)組織IGS獲取衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)；

根據(jù)精密單點(diǎn)定位誤差模型對所述衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正；

構(gòu)建GPS+BDS?PPP/IMU緊組合模型，采用精密單點(diǎn)定位模型將誤差校正后的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)作為量測，通過非線性卡爾曼濾波器求解所述GPS+BDS?PPP/IMU緊組合模型，濾波估計(jì)解算列車的位置信息，具體包括：

構(gòu)建GPS+BDS?PPP/IMU緊組合模型，將IMU輸出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為偽距和偽距率，與接收機(jī)獲取的偽距和偽距率做差得到卡爾曼濾波中的測量值；

慣導(dǎo)遞推更新包括姿態(tài)、速度和位置三個(gè)方面的更新：

其中，b指載體坐標(biāo)系，n指導(dǎo)航坐標(biāo)系，和指姿態(tài)四元數(shù)和其變化率，vⁿ和分別是速度和速度變化率，pⁿ和分別是位置和位置變化率，是角速度的斜對稱矩陣，fⁿ是加速度計(jì)測量值，gⁿ是當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋头謩e是相對于慣性坐標(biāo)系和地心地固坐標(biāo)系的角速度；

實(shí)時(shí)非線性卡爾曼濾波器的狀態(tài)向量、系統(tǒng)的測量矩陣、系統(tǒng)的測量值、測量噪聲協(xié)方差，如下所示：

狀態(tài)向量包含列車狀態(tài)信息，慣導(dǎo)器件誤差和無法模型化校正的未知參數(shù)，表示為：

其中，δp表示三維位置誤差，δv表示三維速度誤差，表示三維姿態(tài)誤差，ε表示加速度計(jì)器件誤差，表示陀螺儀器件誤差，l表示IMU和GNSS之間的桿臂，ΔN_IF表示消除電離層誤差后的載波相位模糊度差，α和β分別是當(dāng)前歷元GPS和BDS的參考衛(wèi)星，p和q分別是當(dāng)前歷元GPS和BDS除參考衛(wèi)星外的可觀測衛(wèi)星總數(shù)，Δd_wet表示對流層濕分量；

測量矩陣為：

其中，是地心地固坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的姿態(tài)轉(zhuǎn)換矩陣，M_wet是對流層濕分量系數(shù)，e是表示衛(wèi)星-用戶速度差沿視線方向單位矢量投影；

其中，(x_s,y_s,z_s)和(x_r,y_r,z_r)分別為衛(wèi)星和接收機(jī)的三維坐標(biāo)；

測量值為星間單差消除電離層后的載波相位和偽距率之差：

其中：表示根據(jù)慣導(dǎo)遞推結(jié)果計(jì)算出來的載波相位和偽距率，表示如下：

其中，v_s是衛(wèi)星速度，v_I是慣導(dǎo)遞推得到的速度；

因?yàn)榱繙y中對載波相位和偽距率都進(jìn)行了星間單差的操作，所以測量噪聲協(xié)方差矩陣寫為：

其中，和分別表示GPS或BDS的載波相位和偽距率的先驗(yàn)噪聲方差；根據(jù)非線性卡爾曼濾波器解算出的列車狀態(tài)信息反饋校正慣性傳感器的輸出結(jié)果，獲取實(shí)時(shí)的列車位置信息；

所述的根據(jù)精密單點(diǎn)定位誤差模型對所述衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正，包括：

列車運(yùn)行過程中，衛(wèi)星信號的載波相位和偽距率觀測方程如下所示：

其中：s表示GPS或者BDS衛(wèi)星，φⁱ表示衛(wèi)星i的載波相位觀測值，Dⁱ表示衛(wèi)星i的偽距率觀測值，ρⁱ表示衛(wèi)星i到列車接收機(jī)的幾何距離，表示列車實(shí)際運(yùn)行過程中電離層延遲，表示列車實(shí)際運(yùn)行過程中對流層延遲，c表示光速，dt_r表示接收機(jī)的時(shí)鐘誤差，dt^S,i表示衛(wèi)星i的時(shí)鐘誤差，Nⁱ表示衛(wèi)星i的模糊度，λ表示載波相位的波長，表示殘差；

在以上觀測方程基礎(chǔ)上，使用消電離層組合消除電離層延遲，則觀測方程改寫為：

其中：f₁、f₂為GNSS信號頻率，λ₁、λ₂分別為頻率f₁、f₂信號的波長，和分別為消去電離層延遲之后的載波相位和偽距率觀測值，和分別為頻率f₁、f₂信號的載波相位觀測值和偽距率觀測值，表示衛(wèi)星i消除電離層延遲的模糊度；

將消除電離層組合的觀測值相減，消除接收機(jī)鐘差；

將高度角最優(yōu)的衛(wèi)星m選為參考衛(wèi)星，那么衛(wèi)星i相對于衛(wèi)星m觀測值的單差為：